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【工程技术】浅析太阳能+燃气互补型热水系统的设计及应用

发布时间:2017-06-24 16:52:18    来源:中国太阳能产业资讯网    

 摘要:本文简单介绍了太阳能+燃气(辅助能源)互补热水系统的设计和应用。通过与太阳能+电辅助热水系统以及太阳能+空气能辅助热水系统的对比,分析了太阳能+燃气(辅助能源)热水系统的特点和几大系统设计,着重介绍了太阳能+燃气互补型热水系统两大使用技术形式——“混合使用”和“串联使用”,并对趋势产品光燃双模热水器做了简要的阐述。

关键词:太阳能+燃气热水系统,太阳能+电太阳能+空气能混合使用串联,使用光燃双模热水器

0引言

太阳能非稳定能源,如果仅仅使用利用太阳能加热来获取生活热水,往往会出现阴雨天水温不够的现象,因此,当下太阳能热水器已经不再单纯地是利用太阳能的热水器,很多太阳能热水器往往安装了电辅助加热,太阳能+辅助能源的多能源集成热水系统成为一种选择。

1 太阳能+辅助能源的多能源集成热水系统介绍

多能源集成互补的概念其实很广。因为太阳能是一种免费的可再生能源,因此,在多能源集成互补系统中,太阳能一般作为一种主能源,而燃气、电等作为辅助能源。目前,太阳能+辅助能源互补热水系统在分户集热分户储热的太阳能阳台壁挂系统、太阳能集中集热分户储热系统中应用比较多,主要有3大类:太阳能+电(辅助能源)互补型热水系统、太阳能+空气能(辅助能源)互补型热水系统和太阳能+燃气(辅助能源)互补型热水系统。

1.1太阳能+电(辅助能源)互补热水系统

1.1.1系统介绍

太阳能+电(辅助能源)互补型热水系统是最初始的互补型热水器,一般应用在承压系统,水箱一般使用搪瓷承压内胆。其结构简单,承压水箱中安装一根加热棒即可,基本上不存在什么技术门槛,市面上,一般的太阳能阳台壁挂系统、集中集热分户储热系统中都配有电辅助加热装置。水箱安装有探温管,当搪瓷储热水箱中的水温较高时,用户直接使用水箱中的热水,当水箱中水温达不到设定温度时,控制器就会发出信号,启动电辅助加热。

1.1.2系统优劣势分析

相对于单纯的太阳能热水器而言,太阳能+电(辅助能源)互补型热水系统解决了阴雨天阳光不充分,热水器水温不够的问题,但是太阳能+电(辅助能源)互补型热水系统加热等待时间长,而且电是二次能源,一些厂家所谓的“节能舒适”难圆其说。

1.2太阳能+空气能(辅助能源)互补型热水系统

1.2.1系统介绍

太阳能+空气能辅助热水系统又叫太空能系统,这是一种把节能效果最大化的系统组合形式。

1.2.2系统优劣势分析

由于太阳能不稳定,在太阳能不足的情况下选用除太阳能以外最节能的空气能进行辅助加热,可实现节能效果最大化。但此种系统组合存在的缺点也很明显:

(1)太阳能和空气能加热速度都较慢,在热水使用完后等待时间较长;

(2)一次投入成本较高,空气能热水器可以说是市场上价格最高的热水器产品;

(3)两种能源在冬天的使用效果都较差,所以在冬季的阴雨天,系统供热将受到较大影响。基于以上原因,太空能热水器在市场接受度较差,市场前景并不乐观。

1.3太阳能+燃气(辅助能源)互补型热水系统

1.3.1系统介绍

顾名思义,太阳能+燃气(辅助能源)互补型热水系统是以太阳能作为主能源,燃气作为辅助能源的热水系统。其构成主要有3大部分:太阳能集热器、储热水箱、燃气热水器。当太阳能足够时候使用太阳能,当太阳能不够时使用燃气辅助加热。

1.3.2系统优劣势分析

相对于单纯的太阳能热水器、燃气热水器以及以上两种互补型热水器,太阳能+燃气(辅助能源)互补型热水系统有以下几点优势:

第一, 优先使用太阳能,整套系统更节能;

第二, 用燃气热水器作为辅助加热设备,相对于电辅助加热,等待时间短;

第三, 太阳能与燃气都是清洁能源,使用更环保;

2 “混合使用型”和“串联使用型”太阳能+燃气互补型热水系统

太阳能+燃气(辅助能源)互补型热水系统按照使用形式分为:混合使用型和串联使用型两种。

2.1混合使用的太阳能+燃气(辅助能源)互补型热水系统

混合使用的太阳能+燃气(辅助能源)互补型热水系统有手动和自动之分,但都属于比较传统型的太阳能+燃气互补型热水系统。

2.1.1 混合使用的太阳能+燃气(辅助能源)互补型热水系统构成及原理

系统由太阳能集热器、储热水箱、燃气热水器、温度显示器、球阀/三通阀等部件构成。整套系统设定一个温度(我们假设是42℃),当保温储热水箱的热水≧42℃,且保温储热水箱热水量保持在某个百分比时,使用热水端打开,热水全部从保温储热水箱供应,不经过燃气热水器;当保温储热水箱的热水低于这个设定值,对于手动混合使用的太阳能+燃气互补型热水系统而言,其需要手动进行设置,将系统中燃气热水器打开,热水直接通过燃气热水器供应,而对于自动混合使用的太阳能+燃气互补型热水系统而言,整套系统不再需要手动设置,当保温储热水箱水低于42℃时,系统将水经由燃气热水器加热到设定温度。

2.1.2混合使用的太阳能+燃气(辅助能源)互补型热水系统的优劣势

优势

1)整套系统价格相对便宜

2)技术要求相对较低

劣势

1)水温波动大。对于混合使用的太阳能+燃气互补型热水系统,当储热水箱中的水低于设定温度,系统会自动启动燃气热水器时,由于燃气热水器启动将冷水加热到设定温度需要一定时间,这导致热水系统使用时整体温度波动大。

2)使用不方便。如果用户正洗澡,而使用的又是手动混合使用的太阳能+燃气互补型热水系统,则他就必须中途被迫停止而去调试系统。

3)管路安装复杂。混合使用太阳能+燃气互补型热水系统部件更多,管路更复杂,尤其是自动混合使用系统,如果不是长期从事这方面安装工作的师傅,很容易出现安装错误而导致系统不能使用。

4)故障较多。自动混合使用系统上的温控三通电磁阀,因自动启动,使用更为频繁,容易出现通讯信号故障,影响整套系统的使用体验。

2.2串联使用的太阳能+燃气(辅助能源)互补型热水系统

2.2.1 串联使用的太阳能+燃气(辅助能源)互补型热水系统构成及原理

串联使用的太阳能+燃气(辅助能源)互补型热水系统由太阳能集热器、储热水箱、太阳能燃气互补型专用(也被称为太阳能燃气双动力)燃气热水器3大部件构成。“双动力”燃气热水器与太阳能系统热水串联链接。

整套系统设定一个温度(假设也是42℃),当保温储热水箱的热水≧42℃,且保温储热水箱热水量保持在某个百分比时,使用热水端打开,热水从保温储热水箱输出,经由专用型燃气热水器,供应到热水使用端,但这种情况下“双动力”燃气热水器不启动;当保温储热水箱的热水低于这个设定值,使用热水端打开,从保温储热水箱输出的水,经由“双动力”燃气热水器时燃气热水器启动,加热热水到42℃,然后供应到热水使用端。

 

(串联使用的太阳能+燃气(辅助能源)互补型热水系统)

系统基本配置与链接:系统包括平板太阳能集热器(1)以及与之双向管路联接的保温承压水箱(2),热水系统中设有燃气热水器(4),一电动三通阀(3)与保温承压水箱(2)管路联接,管路从电动三通阀(3)分两路,一路通过燃气热水器(4)连通至热水使用点(9),一路直接连通至热水使用点(9);保温承压水箱(2)管路上设有温探头(5),温探头(5)电路联接至燃气热水器(4)。

2.2.2串联使用的太阳能+燃气(辅助能源)互补型热水系统优劣势

劣势

1)整套系统技术要求较高,目前拥有这方面成熟技术的企业不多,代表企业为GMG观能。

2)燃气热水器必须抗高温,为“双动力”燃气热水器。

劣势

1)水温波动小,使用舒适。当温度不够时,保温储热水箱中的水经过专用型(太阳能燃气双动力)燃气热水器时,双动力燃气热水器启动,由于保温储热水箱中的水本身已具有一定的温度,因此使用过程中水温波动会明显低于“混合使用型太阳能+燃气互补热水系统”。

2)使用不方便。系统完全自动控制,用户只需要设定温度,系统根据设定的温度运行。

3)安装方便。由于整套系统为串联,热水都是沿着同一个管道方向输送,因此,对安装的技术要求也相对简单。

4)节能环保。整套系统使用的是太阳能+燃气,且对太阳能系统产生的热水进行充分利用,因此,系统更加节能环保。

5)无需特别维护。系统组成最简单,除了太阳能热水部分,其他仅仅一个检修用的截止阀和一台太阳能燃气互补专用型(太阳能燃气双动力)燃气热水器,只要双动力燃气热水器不出问题,其他无需特别维护。

2.2.3 GMG观能双动力燃气热水器技术突破点

1)耐高温。当太阳充足的时候,保温储热水箱中的水温会非常高,可能达到近100℃,这对普通的燃气热水器是一个极大的考验,一般燃气热水器难以抵挡,而检测报告显示:GMG观能双动力燃气热水器能够在85—98℃高温状态下长时间工作而无故障、不变形。

2)切换技术。GMG观能双动力燃气热水器无需连接三通阀,直接将自动切换技术融入热水器内部,用户安装使用极其方便。

3)高度集成。GMG观能双动力燃气热水器实现智能控制,在保证舒适性的前提前最大化使用不稳定的太阳能(可再生能源),并以燃气(清洁能源)作为稳定因素,可保持24小时全天候即开即用热水供给。

 

(GMG观能双动力燃气热水器示意图)

图中: 1、进水口;2、冷水口;3、温度传感器Ⅰ;4、温度传感器Ⅱ;5、伺服水量调节装置Ⅰ; 6、伺服水量调节装置Ⅱ;7、电动截止阀Ⅰ;8、电动截止阀Ⅱ ;9、交换器;10、单向阀;11、水箱;12、微电脑控制器。

3 光燃双模热水器

光燃双模热水器其实也是利用太阳能+燃气(辅助加热)互补的原理而设计开发的一款新型产品。其能源利用原理和上述“混合使用型太阳能+燃气互补热水系统”以及“串联使用型太阳能+燃气互补热水系统”一致,但是具体的工作原理却已经发生了很大变化。

光燃双模热水器走智能家居化路线。在结构设计上,采用模块化、一体化设计和有机集成;在外观风格上,个性化、时尚化,并与整体厨卫系统风格一致,融入家居环境。在功能设置上,围绕舒适性与综合节能贡献率,突出“舒适优先”的应用理念,所用热水直接从储热水箱中输出,满足“双卫同洗”或多点供水的用户需求。

小结

太阳能+燃气(辅助加热)互补型热水系统作为多能源互补系统中的一类典型产品,目前已经在市场上逐步被认可和推广。无论是从技术角度还是从使用的“舒适性”“节能性”角度,这类产品都具有无可比拟的优势和市场前景,尤其是融入整体厨卫风格的“光燃双模热水器”。相信随着技术的进步和太阳能热水器、燃气热水器等相关产业的跨界融合,更多经济实用、安全可靠、安装维护方便的产品还将继续问世。

来源:《中国太阳能工程》杂志2017.6月刊,作者:江苏迈能高科技有限公司宦永旺、刘予


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